Hydro thường được ví như "rượu sâm panh" của năng lượng xanh bởi nó khan hiếm, đắt đỏ và chỉ được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt. Tuy nhiên, nhiều lĩnh vực quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu, như hàng không, vận tải, sản xuất thép, sản xuất phân bón và sưởi ấm công nghiệp, sẽ cần hydro để giảm thiểu khí thải carbon. Vì vậy, cuộc đua tạo ra nguồn hydro "xanh" giá rẻ, nhưng vẫn giữ được những đặc tính ưu việt, đang trở thành một phần quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng bền vững.

Electric Hydrogen là một công ty khởi nghiệp được coi là "kỳ lân" đầu tiên trong lĩnh vực hydro "xanh", với mức định giá hàng tỷ đô la nhờ cam kết phát triển công nghệ mới có thể giúp sản xuất nhiên liệu xanh với chi phí cực kỳ thấp. Tuy nhiên, vẫn cần thêm thời gian để kiểm chứng xem công nghệ của họ có thực sự mang lại bước đột phá và thành công bền vững hay không.

Tại sao chúng ta cần hydro "xanh"?

Điện xanh được xem là nguồn năng lượng chính trong việc chuyển đổi sang một thế giới không phát thải carbon, cung cấp năng lượng cho các phương tiện và hệ thống sưởi ấm. Tuy nhiên, điện không thể giải quyết hết mọi vấn đề. Các lĩnh vực như nhà máy, hàng không, tàu biển và công nghiệp nặng vẫn cần loại nhiên liệu có mật độ năng lượng cao, và hydro được xem là lựa chọn ít carbon nhất có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch.

Hydro là một nguồn năng lượng mạnh và sạch, bởi khi đốt cháy, nó chỉ tạo ra nước. Tuy nhiên, điều quan trọng là cách thức sản xuất hydro. Hiện tại, phần lớn hydro "xám" – loại hydro sản xuất từ quá trình phân tách mêtan (CH4) – thải ra lượng lớn khí CO2. Cụ thể, mỗi kg hydro "xám" phát thải 10 kg CO2 vào khí quyển.

Ngược lại, hydro "xanh" được sản xuất thông qua quá trình điện phân nước, sử dụng năng lượng tái tạo để tách nước thành hydro và oxy. Tuy nhiên, hiện nay sản lượng hydro "xanh" chỉ chiếm khoảng 1% lượng hydro trên thế giới. Để đạt được mục tiêu không phát thải carbon, việc mở rộng sản xuất hydro "xanh" là điều cần phải chú trọng.

Dù vậy, thách thức lớn nhất hiện tại vẫn là chi phí sản xuất. Hydro "xanh" hiện đắt gấp ba lần so với hydro từ mêtan. Nếu không có sự giảm giá thành hoặc hỗ trợ từ chính phủ, hydro "xanh" sẽ khó trở nên phổ biến trên thị trường năng lượng.

Liệu hydro "xanh" giá rẻ có xuất hiện trong tương lai không?

Raffi Garabedian, Giám đốc Công nghệ của First Solar, đã có 8 năm thực hiện thành công các dự án tối ưu chi phí cho công nghệ sản xuất năng lượng mặt trời. Hiện tại, ông mong muốn áp dụng thành công đó vào lĩnh vực hydro bằng cách giảm chi phí cho quá trình điện phân, nhằm biến hydro "xanh" trở thành một nguồn năng lượng chủ chốt cho ngành công nghiệp toàn cầu.

Cùng với người đồng sáng lập David Eaglesham, Electric Hydrogen đã phát triển một loại máy điện phân cải tiến, giúp tách nước thành hydro một cách hiệu quả hơn. Họ tái thiết kế máy điện phân màng trao đổi proton (PEM) truyền thống, tạo ra một phiên bản mới có khả năng tăng mật độ dòng điện – tức là lượng điện truyền qua máy – từ đó nâng cao sản lượng hydro. Máy điện phân PEM mới này được coi là một trong những giải pháp tiềm năng nhất cho việc sản xuất hydro "xanh", vì nó có khả năng điều chỉnh linh hoạt và tận dụng tốt nguồn điện tái tạo dư thừa.

Nhờ cải tiến mật độ dòng điện lên gấp 5 lần, Electric Hydrogen đã tăng đáng kể sản lượng hydro và giảm chi phí sản xuất. Những cải tiến này bao gồm việc nâng cấp màng lọc, vật liệu và quy trình sản xuất, giúp máy điện phân không chỉ trở nên rẻ hơn mà còn hoạt động hiệu quả hơn rất nhiều.

Raffi Garabedian dự đoán rằng các máy điện phân của Electric Hydrogen sẽ đóng vai trò quan trọng trong các nhà máy sản xuất hydro "xanh" quy mô công nghiệp. Máy điện phân 10 megawatt (MW) của công ty, khi được lắp đặt trong các nhà máy với 10 ngăn xếp, có khả năng sản xuất tới 45 tấn hydro mỗi ngày, đủ để sản xuất 900 tấn thép xanh.

Chi phí của bộ máy điện phân này được ước tính khoảng 750 USD cho mỗi kilowatt (KW) công suất, chỉ bằng một nửa so với các đối thủ cạnh tranh. Tuy nhiên, để đạt được mục tiêu sản xuất hydro với giá 1,50 USD/kg vào cuối thập kỷ này — ngang bằng với chi phí hydro từ mêtan và thu giữ carbon — chi phí sản xuất vẫn cần phải giảm thêm.

Garabedian tin tưởng rằng mục tiêu này là hoàn toàn khả thi, nhờ vào sự phát triển nhanh chóng của công nghệ. Ông chia sẻ: "Chúng tôi đang tập trung vào việc cải tiến công nghệ thay vì chỉ mở rộng quy mô, và chúng tôi rất tự tin vào khả năng giảm chi phí trong tương lai."

Thách thức từ nguồn năng lượng tái tạo

Để sản xuất hydro "xanh" với chi phí thấp, không chỉ cần công nghệ hiệu quả mà còn phải có nguồn điện giá rẻ. Trong hai thập kỷ qua, giá năng lượng tái tạo đã giảm đáng kể, đặc biệt tại những nơi có điều kiện tự nhiên lý tưởng như Chile hay Namibia - nơi năng lượng xanh có giá rất thấp. Tuy nhiên, thách thức lớn ở đây là những khu vực này thường không có các ngành công nghiệp lớn gần đó để tiêu thụ lượng hydro đã được sản xuất. Dù có thể tạo ra hydro giá rẻ ở những nơi như sa mạc Atacama, nhưng việc thiếu khách hàng gần khu vực sản xuất lại là một trở ngại lớn. Đối với vấn đề này, Raffi Garabedian gợi ý, chúng ta có thể phải chấp nhận mức chi phí sản xuất cao hơn một chút để sản xuất hydro gần khu vực có nhu cầu sử dụng bởi việc vận chuyển hydro tốn kém hơn việc truyền tải rất nhiều.

Công nghệ tiên tiến và nguồn điện giá rẻ là điều kiện cơ bản. Tuy nhiên, còn một yếu tố rất quan trọng khác là nguồn tài chính hợp lý, tức là chi phí vay vốn để đầu tư vào các dự án phải được duy trì ở mức thấp. Khi lạm phát tăng, các quốc gia thường tăng lãi suất để kiểm soát kinh tế, điều này làm tăng chi phí vay vốn, khiến các dự án sản xuất hydro trở nên tốn kém hơn. Do đó, dù công nghệ có hiệu quả và nguồn điện có rẻ, chi phí vay vốn cao sẽ làm chậm quá trình phát triển hydro "xanh".

Shah cũng chỉ ra rằng, mặc dù nhiều quốc gia đã đưa ra chính sách khuyến khích sản xuất hydro, nhưng họ vẫn thiếu các biện pháp quan trọng hỗ trợ cho việc lưu trữ, vận chuyển và sử dụng hydro xanh. Sự thiếu hụt này làm giảm sự quan tâm của các nhà đầu tư, dẫn đến sự sụt giảm cổ phiếu của các công ty như Enapter (Đức) và ITM Power (Anh), với mức giảm lần lượt là 66% và 92% kể từ năm 2021.

Tuy nhiên, Garabedian vẫn lạc quan. Ông tin rằng sự sụt giảm này chỉ là dấu hiệu cho thấy ngành hydro đang chuyển mình từ giai đoạn thổi phồng giá trị quá mức với những kỳ vọng phi thực tế sang giai đoạn phát triển bền vững với sự tham gia của các nhà đầu tư hiểu rõ tiềm năng thực sự, thay vì chỉ theo đuổi xu hướng.

Trước những thách thức này, liệu có thể đạt được mục tiêu sản xuất hydro xanh với giá 1,50 USD/kg vào năm 2030? Theo Shah, điều này có thể khả thi, nhưng để thành công, nhiều yếu tố quan trọng phải diễn ra đồng thời, chẳng hạn như công nghệ sản xuất được cải tiến, chi phí sản xuất phải giảm và các chính sách hỗ trợ phải được ổn định.

Nguyệt Hà (Theo New Scientist)